Общие соображения про бензин и свечи
ЕСЛИ вы заботливо заправляете свой автомобиль исключительно высокооктановым бензином АИ-95 или АИ-98, не удивляйтесь, когда после нескольких тысяч километров пробега двигатель начнет работать с перебоями. Скорее всего, на бензоколонке, где вы обычно заправляетесь, продают топливо с металлосодержащими антидетонационными присадками, и электроды свечей зажигания в двигателе покрылись высокотемпературным нагаром красного цвета...
Заподозрив неладное, мы провели летом тест автомобильных бензинов (см. АР № 15, 1999). Тогда в составе некоторых проб топлива сортов АИ-95 и АИ-98 специалисты обнаружили металлосодержащие антидетонационные присадки на основе железа, с помощью которого производители повышают октановое число бензина.
Мы продолжили исследование и отобрали несколько комплектов свечей, покрытых характерным нагаром красного цвета, которые были сняты с разных автомобилей из-за перебоев в работе двигателя. Взяли с них пробы нагара и отправили на исследование в зональную лабораторию Московского бюро судебно-медицинской экспертизы. Эмиссионный спектральный анализ, проведенный в кварцевом спектрографе, подтвердил, что основу нагара составляют высокотемпературные отложения металлов – в первую очередь, железа, меди и цинка, – образующиеся при сгорании бензина с антидетонационными присадками.
Опасен ли красный нагар? Слой металлосодержащих отложений при определенных условиях фактически является проводником, через который искра «утекает» на корпус свечи с ее центрального электрода, минуя искровой промежуток. При разогреве двигателя это может проявляться только на холостом ходу или при частичной нагрузке, а при рабочей температуре «отравленная» металлосодержащим нагаром свеча будет давать пропуски зажигания и в других режимах.
Ситуация складывается непростая. Нефтеперерабатывающие заводы применяют металлосодержащие присадки (кроме тетраэтилсвинца), поскольку они не запрещены. Причем доказать вину производителей топлива в раннем отказе свечей зажигания непросто: нарушение искрообразования в этом случае проявляется только в реальных условиях работы свечей в камере сгорания. А при проверке на специальном стенде в НИИ автомобильной электроники и электрооборудования (НИИАЭ) все свечи из наших комплектов были признаны годными. И это при том, что на их изоляторах невооруженным глазом можно увидеть выжженные в нагаре токопроводящие дорожки!
Экспресс-методов обнаружения металлосодержащих присадок в бензине, увы, не существует. Наш тест бензинов и наблюдения сотрудников редакции показывают, что с наибольшей вероятностью эти добавки могут содержаться в бензинах АИ-95 и АИ-98. Поэтому от раннего отказа свечей зажигания из-за красного нагара в большей мере застрахованы владельцы только тех машин, двигатели которых адаптированы для работы на бензине АИ-92: в нем антидетонационных добавок на основе металлов мы не обнаружили.
А бороться с причиной возникновения нагара нужно на государственном уровне – добиваться запрещения использования металлосодержащих антидетонаторов.
А. КОТЕРЕВ
Фото автора
Общие соображения про бензин
ВОПРОС:
Объясните чайнику про бензин!
ОТВЕТ:
Про бензин
В действительности этот вопрос совсем не так прост, как кажется. И классифицировать бензины только по двум параметрам – одному из октановых чисел (далее ОЧ) и содержанию свинца-это тоже самое что классифицировать все разнообразие масел по SAE и API. Подтверждение тому печальная история финского бензина, наводнившего страну год назад.
1. Откуда есьмь пошло ОЧ? Дело в следующем. Химия – наука точная, хотя и темная. И вот что она решила чтобы пролить свет на классификацию топлива и чтобы охарактеризовать свойства топлива,она выделила из своего арсенала два углеводорода:
* 1) гептан – это типичный империалистический шпион – поджигатель – по мнению химии это 100% детонатор. Молекула гептана имеет прямолинейную форму и очень хорошо загорается без особых причин и горит без всякого толку. Таким образом гептан не обладает антидетонационной стойкостью – ОЧ=0.
* 2) Октан (точнее изооктан) – это настояший ударник ком. труда. Формула имеет форму близкую к звезде героя соц. труда или знаку качества. Благодаря ершистости формы молекулы он мало поддается детонации. Горит он долго и горячо – настоящий трудяга. ОЧ 0% ессно. Ну и теперь наверное понятно – чем бодьше % изооктана тем выше дет. стойкость. Отсюда и октановое число.
При чем же тут бензин? А при том что если ОЧ бензина С то это значит что он сдетонирует при той же степени сжатия что и изооктан, на 9% разбавленный гептаном. А как же температура, динамические факторы, волны формы... Ну об этом ниже.
В действительности бензин это не смесь изооктана и гептана и поэтому ведет себя он не так как эта парочка. А значит как (в каких условиях) померишь такое ОЧ и получишь. В основном используются два метода измерения детонацинной стойкости бензина,зафиксированные в ГОСТ-ах:
* 1) так называемый исследовательский метод (например в АИ-93 или RON-93 это ОЧ получено по ислледовательскому методу (Г8226) поэтому и? И?, АИ-80 (он же А-76)). Принято считать что этот метод определяет ОЧ при работе двигателя на переходных режимах. В действительности в современных высокофорсированных двигателях все не совсем так (в понимании исследовательского теста).
* 2) Другой тест моторный (например A-76 и MON-76 – вот это уже по моторному!). Этот метод определяет детонационную стойкость при продолжительной работе в более жестком режиме чем при исследовательском методе (меньше теплоотвод больше обороты). Условно можно считать что это режим номинального крутящего момента.
Вот вам воспроизведенный по памяти перевод ОЧ для наиболее распространенных наших бензинов:
А-80 (исслед) = A-76 (моторн)
АИ-91 (исслед) = A-82,4 (моторн)
АИ-92 (исслед) = A-83 (моторн)
АИ-93 (исслед) = A-85 (моторн)
АИ-95 (исслед) = A-87 (моторн)
АИ-98 (исслед) = A-89 (моторн)
Это конечно чисто условный перевод, поскольку каждый бензин имеет сугубо свои хар-ки эластичности к методам измерений и режимам, поэтому переводить ОЧ из одного метода в другой на самом деле нельзя ни по какой таблице. Т.к. это сугубо индивидуальные свойства. А есть еще и октановый индекс это среднее значение между ОЧ по моторному и исслед. тестам. Прикиньте что такое А-92 – небось видали такой на колонке? Не угадали это на самом деле А-83.
Если в паспорте вашего американского лимузина написано что он работает на 89-м бензине не спешите разбавлять наш АИ-92 – залейте лучше АИ-98, как раз MON-89 и получится.
К сожадению из-за путаницы с ведомственными ТУ, экспортными обозначениями и ГОСТАМИ буква И в АИ не всегда появляются перед цифрой обозначающей ОЧ, измеренное по исслед. методу. Отсюда и появляются всякие А-92 которых в природе не существует и которые на самом деле АИ-92. Хотя ГОСТ 2084–77 говорит – буква И должна быть! А вот в некоторых ТУ 38-й – серии про нее забывали.
Но кроме чисто научного интереса приведенные выше данные характеризуют эластичность бензина (инвариантность к режиму работы двигателя). Разность между ОЧ по исслед. и моторному методу характеризует стабильность поведения этого бензна при различных режимах работы двигателя. Так что мне бы интересно было читать на колонке две цифры. А Вам?
Но самое главное что для современного двигателя важно не только то какое собственно у бензина ОЧ, но и то, как оно получено и как ведет себя бензин в разных режимах работы. Но про это лучше здесь не говорить очень много писать придется.
2. Степень сжатия. Ну тут все понятно (казалось бы) чем выше степень сжатия и ОЧ бензина,тем выше КПД и удельная мощность. Ах как завидовали наши конструкторы буржуинским, которые могли поднимть ТТХ моторов на халяву – за счет увеличения степени сжатия и качества топлива. Нам же ТЗ всегда давали чтобы не хуже чем у буржуя а вот ГСМ чтоб наши родные – какие попало. Ничего, конечно, не получалось из этого. Но моторы получались устойчивые к условиям
эксплуатации и применяемым ГСМ (даже такие относительно современные как ЗМЗ-406). – так что может и правильно ТЗ давали? О выносливости двигла заботились. А если завтра война? Раньше многие частники стремились переделать c 93-го на 76-и. Результат более дешевый бензин но в больший расход поэтому экономия оказывалась совсем не большой, зато других прелестей хватало. Так что природу не обманешь и на плохом топливе хорошо не поездишь. Хотя когда бензин можно было у грузовиков покупать «слева» – экономия была. Но зачем сейчас Волгу на 76-м покупают,мне не понять. Чтобы мучаться
из-за грошовой экономии?
Так для чего же собственно увеличивают степень сжатия с ростом октанового числа? Дело в том что чем более высокооктановое топливо тем медленнее оно горит (вспомните про изооктан). А собственно именно этого от него и добивались – того чтобы его можно было сжимать посильнее.Как известно увеличение сжатия газа вызывает почти линейный pост его темпеpатypы. А чем выше температура, тем бензин сильнее испаряется и тем мельче становятся капельки еше не испаренного топлива – и следовательно тем теснее контакт (больше площадь соприкосновения) между воздухом (точнее кислородом, азот тут просто рабочее тело) и топливом. В бензиновом моторе топливо должна поджигать свеча и от нее должен распространяться фронт пламени (на это расчитана камера сгорания). А чем лучше контакт топлива с воздухом тем более высокая скорость распространения фронта пламени. А значит даже более высокооктановое
(медленно горящее) топливо может сгореть и выделить необходимое тепло за более короткое время (а собственно удельное тепловыделение высокооктанового бензина не больше, чем у обычного). Ведь это необходимо чтобы иметь хорошие обороты (что по сути тоже халявная мощность). У современных авто фронт пламени распространяется со скоростью аж 10–60 м/с. Но испортить эту картину может детонация – самопроизвольное возгорание топлива черт знает где. И
как мы знаем чем выше ОЧ тем выше детонационная стойкость, но при этом и медленнее распространеие фронта пламени. Казалось бы все просто -лей более высококтановое топливо и не будет детонации. Но это на самом деле чушь. Поскольку если форма камеры сгорания дурацкая, то ОЧ поможет мало, т.к. у бензина будет слишком много времени для детонирования, да и давление успеет вырасти. Ведь волны сжатия распространяется по камере сгорания со скоростью звука а фронт пламени значительно медленнее. Поэтому как не крути, но например ЗМЗ-402 уже ничего не поможет. А вот разрушит оно его в пару пустяков (но об этом ниже). А раз есть волны сжатия да еще и плоская горячая камера сгорания, то на отдаленных ее уголках топливо не дожидаясь фронта пламени начинает воспламеняться само (все предательский гептан!) и тут происходит цепная реакция детонации-камера буквально взрывается множеством маленьких взрывов. Скорость фронта распространения детонации в десятки раз выше чем у нормального фронта пламени. Детонация создает очень мощные волны сжатия, которые к тому же имеют резонаторный характер-взрывные волны порождают себе подобных. Камера сгорания бьется в конвульсиях/ но не проводя при этом нормальной работы – мощность падает (кстати при дет. вы слышите звон детонационных волн а не звук соударения металлических деталей, как это Вам возможно кажется) .
Ну какая должна быть камера сгорания в теории вы наверное поняли – почти полусфера. Но как такую сделать при высокой степени сжатия и 4-х клапанах а цилиндр? Да и у РПД по тому же проблемы – камера то имеет фоорму полумесяца! Да и на самом деле полусфера хороша только приравномерной плотности смеси во всем объеме-во первых в реальной жизни такого не бывает, во вторых уже это не вполне оптимально хотя бы потому что форма камеры сгорания меняется во времени (пока фронт дойдет до краев поршень уже значительно изменит свое положение) да и еше потому что это приведет к неудачному
формированию теплового удара и еще и еще... тут и конденсация и капельки... Кроме того топливо в процессе сжатия просто мается ерундой-его бы распылять в уже сжатый воздух и прямо к свече, чтобы обеспечить оптимальную плотность у самой свечи и затухающий фронт дожигания далее... Тогда и степень сжатия можно поднять без роста ОЧ топлива. Но здесь уж меня понесло – пора к нашим баранам... Да и зачем Вам собственно все это знать? Да и знает ли кто-нибудь все об этом ?
3. Что же бывает, если мы заливаем не тот бензин? Из всего этого трепа запомним главное – чем выше ОЧ, тем медленнее гоpение и pаспpостpанение фронта пламени. Далее примитивные, но правильные выводы мы сможем делать сами.
1) Если Вы используете топливо с меньшим ОЧ, то неизбежно возpастут ударные нагpyзки проявляющие себя в виде детонационных стуков и звонов (см. выше), следствие этого – износ двигателя (поршни кольца...). Кроме того топливо сгорает не полностью и может догорать в нейтрализаторе (именно в вспрысковых двигателях так тщательно борятся с детонацией). Кроме того мощные детонационные волны распространяясь по деталям двигателя способствуют
не равномерной смазке,а они просто сгоняют масло с некоторых частей деталей (тут еще один большой привет любителям синтетических масел в ВАЗах-именно они особенно охотно покидают такие поверхности). Но не будем грустном и скользком ...(о масле). Тут может помочь только перестановка зажигания. В вспрысковых движках как правило есть «шайтан-резистор» (в смысле октан-корректор) – его тоже можно подкрутить. Хотя по совести говоря, при этом надо бы переградуировать блок управления.
2) Если использовать бензин с большим ОЧ чем это предусмотренно конструкций двигателя, то и гореть бензин будет дольше, отдавая большее количество тепла. Следовательно детали двигателя будут перегреваться,особенно это сильно скажется на клапанной группе (клапана например прогорают на раз за 10–20 тыс. км. я уж не говорю об нагаре и прочих прелестях), кроме того растет расход масла, возможен даже перегрев всего двигателя летом (тут уж и тосол не справляется) – хотя это врядли.
А самое смешное это то что на слух двигатель часто начинает работать тише и ровнее (за счет теплового расширения выбираются зазоры), клапана открываются раньше и закрываются позже и от того не успевают охлаждаться (контактный вынос тепла уменьшается), а значит еще сильнее разогреваются... Так что при этом двигатель работает на износ. Даже я, не будучи автомехаником, видел десятки угробленных до срока таким образом жигулевских двигателей. Но главное то, что пользы нормально отрегулированному двиигателю от бензина с повышенным октанового числа не будет никакой. И если
заливая бензин с повышенным ОЧ в Жигули вы чувствуете что он стал лучше тянуть, то по моему Вам стоит отрегулировать двигатель и он станет тянуть еще лучше и на обычном бензине и детонация исчезнет практически на всех режимах. Хотя конечно, если уровень крутости не позволяет вам ездить на обычном бензине, то тогда можно и не регулировать.
Понижение скорости горения можно скомпенсировать так же ранним зажиганием (ну о-о-очень ранним) но и тут проблемы начинают расти как снежный ком...
Собственно нечто подобное и сделано на моторах старой конструкции, приспособленных к высокооктановому топливу.
4. Этилированный бензин. Чтобы не производить бензин с большим ОЧ по сложной технологии (многократного крекинга), однажды придумали добавлять в него тетраэтил свинца как антидетонационную присадку (потом много и другой гадости придумали, в том числе и финны недавно постарались для нас).
1) Для обычного мотора это плохо, но не очень, хотя вся эта гадость оседает в карбюраторе на клапанах свечах и вообще всюду, куда попадает. Хотя некоторые старые моторы используют свинец как дополнительную жесткую смазку клапанов и им этилированный бензин необходим. Для таких моторов выпускаются специальные присадки – заместители свинца. Кстати они у нас как правило продаются как очистители всего – ну конечно от них нормальному мотору только вред да еще какой. Однако их пользуют – ведь продают их как очистители! Бред !
2) Для мотора с буржуинским инжектором этилированный бензин – это просто яд. 10–20 литров сьеденного этилированного бензина наверняка убьют лямда-зонд (датчик кислорода). И начнут слегка отравлять нейтрализатор. Но это бы пол – беды, но убитый зонд начнет говорить что мол воздуху много и инжекторный компьютер начнет обогащать топливо! Более богатая смесь – перегрев (а то и догарание), а нейтрализатор может работать только в очень узком диапазоне температур (не выше 900–950 град). Буржуинские нейтрализаторы имеют керамическую (реже из фольги) основу, которая под воздействием повышенной темп. спекается – и затыкает выхлоп (хотя может и наоборот растрескаться). Вот тут то и крышка еще и нейтрализатору. Кроме того повысится температура в камере сгорания и все начнет подгорать – поршни, клапана... Имея опыт пытантия (т.е. испытания) различных буржуинских двигателей от BMW, Audi, Шкоды и Рено и всех их ради интереса подвергали испытанию этилированным бензином. Тут и до пожара не далеко :-). При этом даже наиболее
достойные агрегаты (BMW и Audi) умирали очень быстро. А об аппаратах типа Шкодовских движков, изобилующих конструктивно – эклектическими просчетами, просто говорить не приходится – достаточно одной таблетки. Ни об каких ресурсных испытаниях и речи быть не могло -стенд освобождался мгновенно. Не знаю как с другими двигателями – я их извиняюсь, не ломал, но думаю, что тоже самое.
3) Существенно увереннее себя могут чувствовать обладатели отечественного вспрыска. Ему вреда от этилированного бензина будет на порядок меньше. Там все на это расчитано в 406-м даже форсунки специально конструировали. Есть и отечественные нейтрализаторы на основе вспененного металла, которые не умирают совсем (в смысле не спекаются) при переобогащении топлива. Вроде даже датчик кислорода придумали? Но все равно злоупотреблять не стоит
Как на 100% отличить этилированный бензин? А никак – все равно обманут. Не этилированным собственно можно считать бензин содержащий свинца не более 0,015 гр на куб дм – остальные следует признать этилированными (ГОСТ). Так что можно приборчик возить.
* Цвет – не является имманентно присущим этилированным бензинам – его специально подкрашивают – могут подкрасить а могут и нет.
* Колонка должна бы быть тоже помечена.
* По вкусу и запаху ? – ну это на любителя
* По идее в бак инжекторной машины не должен влезать пистолет колонки с этилированным бензином (по диаметру он д.б. > 22мм, а 22мм только для не этилированного). Но Вы ж понимаете...
* АИ-93 – вообще вроде теперь запрещено производить этилированным.
* Кстати длительное и не длительное (если не правильное) хранение вполне может сильно испортить бензин. Так что лучше покупать бензин, произведенный не слишком далеко. С чем, кстати, столкнулись многие покупатели импортного бензина – т.к. его качество часто после хранения пытаются поднять очень даже вредными добавками. Так что даже заправляться на фирменных заправках я вам посоветовать не могу, хорошо мне известен печальный опыт